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AI時代,科學教師創新探索的三大視角

發布時間:2025-06-26 作者:吳向東 來源:中國教育報

  在AI(人工智能)迅速發展的今天,科學教育正面臨著前所未有的機遇和挑戰。科學教師需要敏感地意識到,沿用牛頓和達爾文時代的實驗工具和思維方式,已無法滿足培養未來科學創新人才的需要。為此,我們可以從以下三個視角對科學教育進行創新探索。

  重構實驗方式:

  數字化實驗與虛擬模擬實驗融合

  在科學課堂里,彈簧秤、玻璃管酒精溫度計等古老的、精度差的測量工具依然還在使用,顯微鏡觀察還在使用手繪的方式做記錄。而在AI時代,數字化的科學工具已相當廉價易得,學生完全可以使用新工具去做新的實驗探究。不用教,學生就會用平板電腦或手機將顯微鏡中的微生物拍攝清楚;教師還可利用手機或平板電腦中的光傳感器APP,讓學生測量不同光照強度下溫度的變化、瞳孔大小的變化等。

  有了新的研究工具,做簡單電路實驗時,教師就可以引導學生先思考如何連接電路小燈泡才能亮,然后用PhET模擬實驗網站上免費開源的軟件模擬連接電路,看是否符合自己的預想,再通過真實的電路連接去驗證。這種從理論建模到軟件模擬再到實驗驗證的方法,正是現代科學研究的方式。

  至于小學天文課程,教師可以讓學生利用免費的虛擬天文館(Stellarium)電腦軟件和APP,自己模擬日食、月食甚至火星上的日食月食的發生過程,進而了解太陽、行星及其衛星三者之間的空間關系。這種沉浸式體驗能激發學生探究天文奧秘的興趣。

  通過數字化實驗與虛擬模擬實驗的有機結合,我們為學生搭建了成本低廉而又充滿體驗感的實驗平臺。

  重構思維方式:

  數據思維與批判性思維的提升

  實驗方式的重構帶來了科學思維的優化。傳統的小學科學課堂缺乏必要的數據分析和對實驗結果的質疑,而AI是建立在大數據基礎上的,這就要求科學教師在教學中強化提升學生的數據思維和批判性思維。

  以“設計隔音裝置”為例,學生利用手機或平板電腦中的分貝儀,收集不同材料的隔音效果數據。教師引導學生討論數據之間的關系,嘗試提出假設,并預測不同條件下可能出現的變化,從而培養他們從數據中提取信息、發現問題的能力。在實驗探究中,教師不斷通過提問引導學生對實驗數據和結論進行批判性思考,學會提出疑問并加以驗證。比如,在測量音量時,可能會遇到數據波動較大的情況,教師要引導學生形成反思審查的習慣:這種波動是否由實驗環境噪聲、儀器誤差或操作不當造成?而后進一步討論如何改進實驗設計或重復測量。通過這樣的質疑和反思過程,教師不僅能引導學生關注結果,更會重視過程中的合理性和數據的可信度。

  重構教學模式:

  以真問題為核心的自主探究

  傳統的小學科學教學缺乏真正意義上的自主探究,而以真問題為核心的教學模式,則要求教師設計貼近生活、具有真實性和挑戰性的問題,鼓勵學生自主探索和合作解決問題。

  比如,面對“看誰設計的電磁鐵磁力大”這一問題,教師為避免作品雷同,不再為學生統一提供標準化的實驗材料,而是鼓勵學生把各種材料都拿來做導線和鐵芯,甚至包括不銹鋼水壺。雖然這樣測不出磁力,但學生收獲了失敗的快樂。而在圍繞“看誰的土豆船裝載的硬幣多”這一問題開展的實驗中,學生用大土豆制作的船反被中等土豆的船超越,因為大土豆形狀不規則,難以把里面的肉都挖空,反而因為太重而在裝載少量的硬幣后就沉沒了……這樣的自主探究過程全由學生掌控,鍛煉了學生解決實際問題的綜合能力。學生獲取的隱性知識經驗更豐富,其創造力也得以凸顯。

  在AI時代,小學科學教育的優化重構是推動教育創新的必由之路。與時俱進、不斷創新,我們才能高起點高質量地落實小學科學教育,助力我國科技人才的培養。

  (作者系深圳市龍崗區深圳中學龍崗學校[集團]依山郡小學科學特級、正高級教師,廣東省中小學名教師工作室主持人[科學學科])

《中國教育報》2025年06月26日 第03版

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